Tema 7 Redes Inalámbricas y Movilidad 1

Sumario • LANs inalámbricas: IEEE 802. 11 y 802. 15 • Redes de telefonía celular: GSM, GPRS, UMTS • IP móvil 2

LANs Inalámbricas • Comparación tecnologías, historia y Modelo de Referencia • Nivel físico • Nivel MAC • Ejemplos de aplicación • Puentes inalámbricos • Bluetooth (IEEE 802. 15) 3

Comparación tecnologías inalámbricas móviles Tipo de red WWAN (Wireless WAN) WLAN (Wireless LAN) WPAN (Wireless Personal Area Network) Estándar GSM/GPRS/UMTS IEEE 802. 11 IEEE 802. 15 (Bluetooth) Velocidad 9, 6/170/2000 Kb/s 1 -2 -11 -54 Mb/s(*) 721 Kb/s Frecuencia 0, 9/1, 8/2, 1 GHz 2, 4 y 5 GHz Infrarrojos 2, 4 GHz Rango 35 Km 70 - 150 m 10 m Técnica radio Varias FHSS, DSSS, OFDM FHSS Itinerancia (roaming) Sí Sí No Equivalente a: Conexión telef. (módem) LAN Cables de conexión (*) Las velocidades bajas (1 -2 Mb/s) corresponden a la norma 802. 11 antigua 4

Alcance de las ondas de radio en función de la frecuencia Enlace punto a multipunto (antena omnidireccional) Enlace punto a punto (antena direccional) Alcance (Km) 5

Historia de las WLAN (Wireless LANs) Fecha Evento 1986 Primeras WLANs. 900 MHz (860 Kb/s). No disponible en Europa. 1993 WLANs de 1 y 2 Mb/s en banda de 2, 4 GHz. Primeras disponibles en Europa 7/1997 1998 IEEE aprueba 802. 11. 1 y 2 Mb/s. Banda de 2, 4 GHz e infrarrojos. Primeros sistemas de 11 Mb/s a 2, 4 GHz. Preestándar 802. 11 b. 9/1999 IEEE aprueba 802. 11 b (hasta 11 Mb/s, 2, 4 GHz) y 802. 11 a (hasta 54 Mb/s, 5 GHz, no disp. en Europa) 12/2001 Primeros productos comerciales 802. 11 a 12/2001 Borrador 802. 11 e (Qo. S en WLANs) 2003 IEEE aprueba 802. 11 g (hasta 54 Mb/s, 2, 4 GHz) 6

Modelo de Referencia de 802. 11 Subcapa LLC Capa de enlace Subcapa MAC: Acceso al medio (CSMA/CA) Acuses de recibo Fragmentación Confidencialidad (WEP) PLCP (Physical Layer Convergence Procedure) Capa física PMD (Physical Media Dependent) Infrarrojos FHSS 7 DSSS OFDM

LANs Inalámbricas • Comparación tecnologías, historia y Modelo de Referencia • Nivel físico • Nivel MAC • Ejemplos de aplicación • Puentes inalámbricos • Bluetooth (IEEE 802. 15) 8

Nivel físico en 802. 11 • Infrarrojos: solo válido en distancias muy cortas y en la misma habitación • Radio: – FHSS (Frequency Hoping Spread Spectrum): Sistema de bajo rendimiento, poco utilizado actualmente. – DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum): Buen rendimiento y alcance. El más utilizado hoy en día. – OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing): Usa banda de 5 GHz (menor alcance que 2, 4 GHz). Solo permitida en EEUU y Japón. • Los equipos que utilizan diferentes sistemas no pueden interoperar entre sí. No hay equipos ‘multisistema’ (la etapa de radio es diferente en cada caso). 9

Medios del nivel físico en 802. 11 Medio físico Infrarrojos FHSS DSSS OFDM Banda 850 – 950 nm 2, 4 GHz 5 GHz Velocidades* (Mb/s) 1 y 2 (802. 11) 1, 2 (802. 11) 6, 9, 12, 18, 24, 36, 48 y 54 5. 5, 11 (802. 11 b) (802. 11 a) 6, 9, 12, 18, 22, 24, 33, 36, 48 y 54 (802. 11 g) Alcance (a vel. Max. ) 20 m 150 m 30 m (802. 11 b) 5 m Utilización Muy rara Poca. A extinguir Mucha Poca Características No atraviesa paredes Interferencias Bluetooth y hornos microondas Buen rendimiento y alcance Solo en EEUU y Japón * Las velocidades en negrita son obligatorias, las demás son opcionales 10

Velocidad en función del alcance para 802. 11 • Valores medios para interior en ambientes de oficina. • En exteriores los alcances pueden ser hasta cinco veces mayores. • El alcance real depende del entorno. • Los equipos se adaptan automáticamente a la máxima velocidad posible en cada caso 11

Espectro electromagnético • La mayor parte del espectro radioeléctrico está regulada por la ITU-R y se requiere licencia para emitir • La ITU-R divide el mundo en tres regiones, Europa es la región 1. Cada una tiene una regulación diferente de las frecuencias (http: //www. itu. int/brfreqalloc/). Algunos países tienen normativas propias más restrictivas (ver p. ej. http: //www. setsi. mcyt. es). • Como no sería práctico pedir licencia para cada WLAN el IEEE decidió asignar para esto algunas de las bandas ISM (designadas para aplicaciones de tipo industrial-cientificomédico, Industrial-Scientific-Medical). • Las frecuencias exactas de la banda ISM difieren para cada región, e incluso para algunos países. 12

Bandas designadas por la ITU para aplicaciones ISM Banda Anchura Uso en WLAN 13 553 – 13 567 k. Hz 14 k. Hz No 26 957 – 27 283 k. Hz 326 k. Hz No 40. 66 – 40. 7 MHz 40 k. Hz No 902 – 928 MHz* 26 MHz Sistemas propietarios antiguos (solo en EEUU y Canadá) 2 400 – 2 500 MHz 100 MHz 802. 11, 802. 11 b, 802. 11 g 5 725 – 5 875 MHz 150 MHz 802. 11 a 24 – 24. 25 GHz 250 MHz No * Solo autorizada en región 2 (EEUU y Canadá) 13

Espectro Disperso • Para reducir la interferencia en la banda de 2, 4 GHz las emisiones de más de 1 m. W se han de hacer en espectro disperso • Hay dos formas de hacer una emisión de espectro disperso: – Frecuency Hopping (salto de frecuencia). El emisor va cambiando continuamente de canal. El receptor ha de seguirlo. – Direct Sequence (secuencia directa). El emisor emplea un canal muy ancho. La potencia de emisión es similar al caso anterior, pero al repartirse en una banda mucho mas ancha la señal es de baja intensidad (poca potencia por Hz). 14

Frequency Hopping vs Direct Sequence 2, 4835 GHz C. 78 Frecuencia C. 73 C. 58 C. 45 20 ms Canal 13 Canal 7 Interferencia C. 20 1 MHz 2, 4 GHz 22 MHz C. 9 Tiempo Canal 1 2, 4 GHz Frequency Hopping Direct Sequence • El emisor cambia de canal continuamente (unas 50 veces por segundo) • Cuando el canal coincide con la interferencia la señal no se recibe; la trama se retransmite en el siguiente salto Tiempo • El canal es muy ancho; la señal contiene mucha información redundante • Aunque haya interferencia el receptor puede extraer los datos de la señal 15

Frequency Hopping vs Direct Sequence 16

Frequency Hopping vs Direct Sequence 1 MHz Potencia (m. W/Hz) 100 22 MHz 5 Frecuencia (MHz) Frequency Hopping Direct Sequence Señal concentrada, gran intensidad Elevada relación S/R Área bajo la curva: 100 m. W Señal dispersa, baja intensidad Reducida relación S/R Área bajo la curva: 100 m. W 17

Canales 802. 11 b DSSS a 2, 4 GHz Canal Frecuencia central (MHz) Región ITU-R o país América EMEA Japón Israel China 1 2412 X X X - X 2 2417 X X X - X 3 2422 X X X 4 2427 X X X 5 2432 X X X 6 2437 X X X 7 2442 X X X 8 2447 X X X 9 2452 X X X 10 2457 X X X - X 11 2462 X X X - X 12 2467 - X X - - 13 2472 - X X - - 14 2484 - - X - - Anchura de canal: 22 MHz EMEA: Europa, Medio Oriente y África 18

Reparto de canales DSSS a 2, 4 GHz Canal 1 2 3 4 5 6 7 8 5 1 12 13 14 13 8 2 1 11 9 3 1 10 10 4 2, 4000 GHz 9 7 2, 4835 GHz 12 6 11 7 Europa (canales 1 a 13) 11 6 EEUU y Canadá (canales 1 a 11) 22 MHz 19 14 13

Canales DSSS simultáneos • Si se quiere utilizar más de un canal en una misma zona hay que elegir frecuencias que no se solapen. El máximo es de tres canales: – EEUU y Canadá: canales 1, 6 y 11 – Europa: canales 1, 7 y 13 – Japón: solo se puede utilizar el canal 14 • Francia y España tenían hasta hace poco (2001) normativas más restrictivas en frecuencias, que no permitían más que un canal no solapado • Con diferentes canales se pueden constituir LANs inalámbricas independientes en una misma zona 20

Banda de 5 GHz (802. 11 a) • Para 802. 11 a el IEEE ha elegido la banda de 5 GHz, que permite canales de mayor ancho de banda • Un equipo 802. 11 a no puede interoperar con uno 802. 11 b. La parte de radio es completamente diferente • En EEUU la FCC ha asignado esta banda para 802. 11 a • En Europa esta banda se asignó hace tiempo a HIPERLAN/2, WLAN de alta velocidad estandarizada por ETSI (European Telecommunications Standards Institute) poco utilizada en la práctica. • La aprobación de 802. 11 a en Europa está pendiente de realizar modificaciones que le permitan coexistir con HIPERLAN/2 21

Canales 802. 11 a a 5 GHz Canal Frecuencia central (MHz) Región ITU-R o país América Japón Singapur Taiwan 34 5170 - I - - 36 5180 I - 38 5190 - I - - 40 5200 I - 42 5210 - I - - 44 5220 I - 46 5230 - I - - 48 5240 I - 52 5260 I/E - - I 56 5280 I/E - - I 60 5300 I/E - - I 64 5320 I/E - - I 149 5745 - - 153 5765 - - 157 5785 - - 161 5805 - - 22 I: Uso interiores E: Uso exteriores Anchura de canal: 20 MHz

Interferencias • Externas: – Bluetooth interfiere con FHSS (usan la misma banda). Interfiere menos con DSSS. – Los hornos de microondas (funcionan a 2, 4 GHz) interfieren con FHSS. También hay reportadas interferencias entre hornos de microondas y 802. 11 FHSS(misma banda). A DSSS no le afectan. – Otros dispositivos que funciona en 2, 4 GHz (teléfonos inalámbricos, mandos a distancia de puertas de garage, etc. ) tienen una potencia demasiado baja para interferir con las WLANs – En los sistemas por infrarrojos la luz solar puede afectar la transmisión • Internas (de la propia señal): – Debidas a multitrayectoria (rebotes) 23

Interferencia debida a la multitrayectoria • Se produce interferencia debido a la diferencia de tiempo entre la señal que llega directamente y la que llega reflejada por diversos obstáculos. • La señal puede llegar a anularse por completo si el retraso de la onda reflejada coincide con media longitud de onda. En estos casos un leve movimiento de la antena resuelve el problema. • FHSS es más resistente a la interferencia multitrayectoria que DSSS. Pero hoy en día este problema se resuelve con antenas diversidad 24

Antenas diversidad • El equipo (normalmente un punto de acceso) tiene dos antenas. El proceso es el siguiente: – El equipo recibe la señal por las dos antenas y compara, eligiendo la que le da mejor calidad de señal. El proceso se realiza de forma independiente para cada trama recibida, utilizando el preámbulo (128 bits en DSSS) para hacer la medida – Para emitir a estación se usa la antena que dió mejor señal en recepción la última vez – Si la emisión falla (no se recibe el ACK) cambia a la otra antena y reintenta • Las dos antenas cubren la misma zona • Al resolver el problema de la interferencia multitrayectoria de DSSS el uso de FHSS ha caído en desuso 25

LANs Inalámbricas • Comparación tecnologías, historia y Modelo de referencia • Nivel físico • Nivel MAC • Ejemplos de aplicación • Puentes inalámbricos 26

Red ‘ad hoc’ o BSS (Basic Service Set) PC portátil Para que los portátiles puedan salir a Internet este PC puede actuar de router 147. 156. 2. 2/24 PC de sobremesa 147. 156. 2. 1/24 Tarjeta PCI PC portátil 147. 156. 2. 3/24 147. 156. 1. 15/24 Tarjeta PCMCIA Internet PC portátil 147. 156. 2. 4/24 27 Las tramas se transmiten directamente de emisor a receptor

Protocolo MAC de 802. 11 • El protocolo MAC utiliza una variante de Ethernet llamada CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access/Colision Avoidance) • No puede usarse CSMA/CD porque el emisor de radio una vez empieza a transmitir no puede detectar si hay otras emisiones en marcha (no puede distinguir otras emisiones de la suya propia) 28

Protocolo CSMA/CA • Cuando una estación quiere enviar una trama escucha primero para ver si alguien está transmitiendo. • Si el canal está libre la estación transmite • Si está ocupado se espera a que el emisor termine y reciba su ACK, después se espera un tiempo aleatorio (siempre superior a un mínimo prefijado) y transmite. El tiempo en espera se mide por intervalos de duración constante • Al terminar espera a que el receptor le envíe una confirmación (ACK). Si esta no se produce dentro de un tiempo prefijado considera que se ha producido una colisión, en cuyo caso repite el proceso desde el principio 29

Algoritmo de retroceso de CSMA/CA DIFS (50 ms) Emisor (A) Receptor (B) SIFS (10 ms) Trama de Datos ACK DIFS Segundo emisor (C) Trama de Datos Tiempo de retención (Carrier Sense) Tiempo aleatorio DIFS: DCF (Distributed Coordination Function) Inter Frame Space SIFS: Short Inter Frame Space 30

Espaciado entre tramas en 802. 11 31

Colisiones • Pueden producirse porque dos estaciones a la espera elijan el mismo número de intervalos (mismo tiempo aleatorio) para transmitir después de la emisión en curso. • En ese caso reintentan ampliando exponencialmente el rango de intervalos y vuelven a elegir. Es similar a Ethernet salvo que las estaciones no detectan la colisión, infieren que se ha producido cuando no reciben el ACK esperado • También se produce una colisión cuando dos estaciones deciden transmitir a la vez, o casi a la vez. Pero este riesgo es mínimo. Para una distancia entre estaciones de 70 m el tiempo que tarda en llegar la señal es de 0, 23 s 32

Fragmentación • En el nivel MAC de 802. 11 se prevé la posibilidad de que el emisor fragmente una trama para enviarla en trozos más pequeños • Por cada fragmento se devuelve un ACK por lo que en caso necesario es retransmitido por separado. • Si el emisor ve que las tramas no están llegando bien puede decidir fragmentar las tramas grandes para que tengan mas probabilidad de llegar al receptor • La fragmentación permite enviar datos en entornos con mucho ruido, aun a costa de aumentar el overhead • Todas las estaciones están obligadas a soportar la fragmentación en recepción, pero no en transmisión 33

Envío de una trama fragmentada La separación entre ‘Frag n’ y ACK es de 10 ms (SIFS). De esta forma las demás estaciones (C y D) no pueden interrumpir el envío. 34

El problema de la estación oculta Alcance de A Alcance de B Alcance de C A 1 Tr. 2 Tr. B C 3 70 m 1: A quiere transmitir una trama a B. Detecta el medio libre y transmite 3. Se produce una colisión en la intersección por lo que B no recibe ninguna de las dos tramas 35 2: Mientras A está transmitiendo C quiere enviar una trama a B. Detecta el medio libre (pues no capta la emisión de A) y transmite

Solución al problema de la estación oculta 1: RTS: Quiero enviar a B una trama de 500 bytes A RTS 3: Debo estar callado durante los próximos 500 bytes 2: CTS: de acuerdo A, envíame esa trama de 500 bytes que dices CTS B CTS C Tr. 4 1: Antes de transmitir la trama A envía un mensaje RTS (Request To Send) 2: B responde al RTS con un CTS (Clear To Send) 4. A envía su trama seguro de no colisionar con otras estaciones 36 3. C no capta el RTS, pero sí el CTS. Sabe que no debe transmitir durante el tiempo equivalente a 500 bytes

RTS/CTS • El uso de mensajes RTS/CTS se denomina a veces Virtual Carrier Sense • Permite a una estación reservar el medio durante una trama para su uso exclusivo • Si todas las estaciones se ‘escuchan’ directamente entre sí el uso de RTS/CTS no aporta nada y supone un overhead importante, sobre todo en tramas pequeñas • No todos los equipos soportan el uso de RTS/CTS. Lo que lo soportan permiten indicar en un parámetro de configuración a partir de que tamaño de trama se quiere utilizar RTS/CTS. También se puede deshabilitar por completo su uso, cosa bastante habitual 37

Detección virtual de portadora por medio de RTS/CTS Emisor: A Receptor: B RTS Datos CTS C ACK No disponible D Tiempo: C y B están en el área de cobertura de A, pero D no. En cambio D está en el área de cobertura de B. C 38 A B D

Red con un punto de acceso PC táctil 147. 156. 1. 22/24 La comunicación entre dos estaciones siempre se hace a través del punto de acceso, que actúa como un puente Punto de acceso (AP) PC portátil 147. 156. 1. 23/24 PDA 147. 156. 1. 24/24 PC de sobremesa 147. 156. 1. 21/24 147. 156. 1. 1/24 PC portátil 147. 156. 1. 20/24 Internet 39 PC de sobremesa 147. 156. 1. 25/24

Puntos de acceso • Con puntos de acceso (AP) cada trama requiere dos emisiones de radio (salvo que el destino esté en la LAN y no en la WLAN). • Aunque haya estaciones ocultas la comunicación siempre es posible, pues se hace a través del AP que siempre está accesible para todos • Los AP son dispositivos fijos de la red. Por tanto: – Sus antenas pueden situarse en lugares estratégicos, y pueden ser de alta ganancia. – Se pueden dotar de antenas diversidad (para evitar los problemas de multitrayectoria) – No tienen requerimientos de bajo consumo (no usan baterías) 40

Topología de un ESS (Extended Service Set) Canal 1 Canal 6 Sistema de distribución (DS) Internet El DS es el medio de comunicación entre los AP. Normalmente es Ethernet, pero puede ser cualquier otra LAN 41

Formato de trama 802. 11 Bytes 2 6 6 6 2 6 0 -2312 Control Trama Bits 2 Duración Dirección 1 Dirección 2 Dirección 3 Seq. Dirección 4 Datos 2 2 4 1 1 1 Vers. Tipo Subtipo Hacia DS Desde DS MF Reint. Pwr MF: Reint. : Pwr: Mas: W: Duración: Dirección n: 1 1 4 Checksum 1 Mas W O Indica que siguen más fragmentos Indica que esta trama es un reenvío Para ‘dormir’ o ‘despertar’ a una estación Advierte que el emisor tiene más tramas para enviar La trama está encriptada con WEP (Wireless Equivalent Privacy) Dice cuanto tiempo va a estar ocupado el canal por esta trama Dirección de origen y destino. Dirección de est. base origen y destino. 42

Red con un AP cableado y un repetidor Canal 1 Internet 43

Asociación de APs con estaciones • Cuando una estación se enciende busca un AP en su celda. Si recibe respuesta de varios atiende al que le envía una señal más potente. • La estación se registra con el AP elegido. Como consecuencia de esto el AP le incluye en su tabla MAC • El AP se comporta para las estaciones de su celda como un hub inalámbrico. En la conexión entre su celda y el sistema de distribución el AP actúa como un puente 44

Itinerancia (‘Handover’) • Los AP envían regularmente (10 veces por segundo) mensajes de guía (beacon) para anunciar su presencia a las estaciones que se encuentran en su zona • Si una estación se mueve y cambia de celda detectará otro AP más potente y cambiará su registro. Esto permite la itinerancia (‘handover’) sin que las conexiones se corten. • Los estándares 802. 11 no detallan como debe realizarse la itinerancia, por lo que la interoperablidad en este aspecto no siempre es posible • Para corregirlo varios fabricantes han desarrollado el IAPP (Inter-Access Point Protocol) 45

Tres Access Point superpuestos Las estaciones se sintonizan a cualquiera de los tres canales Cada canal dispone de 11 Mb/s de capacidad En este caso es imprescindible utilizar canales no solapados Canal 13 Canal 7 Canal 1 Internet 46 Los APs se pueden conectar a puertos de un conmutador y asignar a diferentes VLANs

Ahorro de energía • Importante en WLANs ya que muchos dispositivos funcionan con baterías • Muchos equipos contemplan un modo de funcionamiento latente o ‘standby’ de bajo consumo en el que no pueden recibir tramas • Antes de ‘echarse a dormir’ las estaciones deben avisar a su AP, para que retenga las tramas que se les envíen durante ese tiempo. • Periódicamente las estaciones dormidas han de ‘despertarse’ y escuchar si el AP tiene algo para ellos • El AP descarta las tramas retenidas cuando ha pasado un tiempo sin que sean solicitadas 47

Rendimiento • El rendimiento real suele ser el 50 -60% de la velocidad nominal. Por ejemplo con 11 Mb/s se pueden obtener 6 Mb/s en el mejor de los casos. • El overhead se debe a: – Mensajes de ACK (uno por trama) – Mensajes RTS/CTS (si se usan) – Fragmentación (si se produce) – Protocolo MAC (colisiones, esperas aleatorias, intervalos entre tramas) – Transmisión del Preámbulo (sincronización, selección de antena, etc. ) e información de control, que indica entre otras cosas la velocidad que se va a utilizar en el envío, por lo que se transmite a la velocidad mínima (1 Mb/s en FHSS y DSSS, 6 Mb/s en OFDM). Solo por esto el rendimiento de DSSS a 11 Mb/s nunca puede ser mayor del 85% (9, 35 Mb/s) 48

Seguridad • Los clientes y el punto de acceso se asocian mediante un SSID (System Set Identifier) común. • El SSID sirve para la identificación de los clientes ante el punto de acceso, y permite crear grupos ‘lógicos’ independientes en la misma zona (parecido a las VLANs) • Esto no es en sí mismo una medida de seguridad, sino un mecanismo para organizar y gestionar una WLAN en zonas donde tengan que coexistir varias en el mismo canal 49

Seguridad • Se dispone de mecanismos de autentificación y de encriptación. • La encriptación permite mantener la confidencialidad aun en caso de que la emisión sea capturada por un extraño. El mecanismo es opcional y se denomina WEP (Wireless Equivalent Privacy). Se basa en encriptación de 40 o de 128 bits. También se usa en Bluetooth • Recientemente se han detectado fallos en WEP que lo hacen vulnerable (ver http: //www. cs. umd. edu/~waa/wireless. html). En casos donde la seguridad sea importante se recomienda usar túneles IPSec. • Ver también: http: //www. cisco. com/warp/public/779/smbiz/wireless/wlan_sec urity. shtml/ 50

Salud • La radiación electromagnética de 2, 4 GHz es absorbida por el agua y la calienta (hornos de microondas). Por tanto un emisor WLAN podría calentar el tejido humano • Sin embargo la potencia radiada es tan baja (100 m. W máximo) que el efecto es despreciable. Es mayor la influencia de un horno de microondas en funcionamiento. • Un terminal GSM transmite con hasta 600 m. W y se tiene mucho más cerca del cuerpo normalmente (aunque GSM no emite en la banda de 2, 4 GHz). • Los equipos WLAN solo emiten cuando transmiten datos. Un teléfono GSM emite mientras está encendido. • Ver también: http: //www. cisco. com/warp/public/cc/pd/witc/ao 340 ap/prodlit/rf hr_wi. htm 51

LANs Inalámbricas • Comparación tecnologías inalámbricas móviles, historia y Modelo de Referencia • Nivel físico • Nivel MAC • Ejemplos de aplicación • Puentes inalámbricos • Bluetooth (IEEE 802. 15) 52

LAN inalámbrica en un almacén (caso 1) • Tomas RJ 45 (100 BASE-TX) disponibles por todo el almacén para conexión de los AP • Antenas omnidireccionales de mástil de alta ganancia (5, 2 d. Bi) Canal 13 Canal 7 Canal 13 260 m Canal 7 600 m 53

LAN inalámbrica en un almacén (caso 2) • Tomas RJ 45 (100 BASE-TX) disponibles sólo en un lado del almacén • Antenas Yagi (13, 5 d. Bi) y Dipolo diversidad(2, 14 d. Bi) Canal 13 Canal 7 260 m Canal 13 Canal 7 Canal 1 600 m 54

LAN inalámbrica en un campus • Antenas dipolo diversidad (2, 14 d. Bi) en las aulas y de parche (8, 5 d. Bi) montadas en pared para el patio Aula 1 Aula 2 Aula 3 Aula 4 Canal 6 Canal 11 Pasillo 260 m Aula 5 Aula 6 Canal 6 Aula 7 Aula 8 Canal 11 Canal 1 Edificio Patio 600 m 55

Ejemplos de antenas Antena de parche para montaje en pared interior o exterior (8, 5 d. Bi) Alcance: 3 Km a 2 Mb/s, 1 Km a 11 Mb/s Antena dipolo diversidad para contrarrestar efectos multitrayectoria (2, 14 d. Bi) Radiación horizontal 56

Relación antena-potencia • Las normativas fijan una potencia máxima de emisión y una densidad de potencia. Por tanto con una antena de mucha ganancia es preciso reducir la potencia. • Los límites varían según el ‘dominio regulatorio’. Por ejemplo en el caso de EMEA (Europa, Medio Oriente y África) los límites son los de la tabla adjunta. Ganancia (d. Bi) Pot. Máx. (m. W) 0 2, 2 50 5, 2 30 6 30 8, 5 5 12 5 13, 5 5 21 57 100 1

LANs Inalámbricas • Comparación tecnologías, historia y Modelo de Referencia • Nivel físico • Nivel MAC • Ejemplos de aplicación • Puentes inalámbricos • Bluetooth (IEEE 802. 15) 58

Puentes inalámbricos entre LANs • Los sistemas de transmisión vía radio de las LANs inalámbricas pueden aprovecharse para unir LANs entre sí • Esto permite en ocasiones un ahorro considerable de costos en alquiler de circuitos telefónicos • Los dispositivos que se utilizan son puentes inalámbricos, parecidos a los puntos de acceso • Como los puntos a unir no son móviles se pueden usar antenas muy direccionales, con lo que el alcance puede ser considerable 59

Configuración punto a punto Hasta 10 Km Visión directa Ethernet Cable coaxial de 50 de baja atenuación lo más corto posible (30 m max. ) Ethernet Restricciones ETSI: Ganancia máxima: 20 d. Bi (antena parabólica) Potencia máxima: 100 m. W Alcance máximo: 10 Km (visión directa) Calculadora de alcances en función de potencias, ganancias, etc. : http: //www. cisco. com/warp/public/cc/pd/witc/ao 340 ap/prodlit/index. shtml 60

Antenas de largo alcance Antena Yagi exterior (13, 5 d. Bi) Alcance: 6 Km a 2 Mb/s, 2 Km a 11 Mb/s Antena Parabólica exterior (20 d. Bi) Alcance: 10 Km a 2 Mb/s, 5 Km a 11 Mb/s 61

¿Qué se entiende por visión directa? • No basta con ver la otra antena, es preciso tener una visión ‘amplia’ • En realidad se requiere una elipse libre de obstáculos entre antenas • La vegetación puede crecer y obstaculizar la visión en alguna época del año d + 2 /2 d + /2 d Primera zona Fresnel Segunda zona Fresnel Anchura zona Fresnel para 2, 4 GHz: Distancia 100 m 500 m 2 Km 10 Km 1ª Zona Fresnel 3, 5 m 8 m 16 m 36 m 2ª Zona Fresnel 5 m 12 m 22 m 50 m 62

Técnicas para aumentar el alcance Canal 10 Canal 11 Hasta 10 Km Hasta 11 Mb/s para cada enlace Edificio A Canal 10 Edificio B Hasta 10 Km Canal 10 Edificio C Hasta 10 Km Hasta 11 Mb/s, compartidos entre ambos enlaces Posible problema de estación oculta (entre A y C). Necesidad de utilizar mensajes RTS/CTS 63

Técnicas para aumentar la capacidad Canal 1 Canal 7 Canal 13 Hasta 33 Mb/s Imprescindible utilizar canales no solapados 64

Configuración multipunto Antena omnidireccional o de parche (o varias parabólicas) Antena direccional (parche, yagi o parabólica) • Capacidad compartida por todos los enlaces • Posible problema de estación oculta. Conveniente utilizar RTS/CTS 65

Precios productos 802. 11 b (orientativos) Equipos Tarjeta PCMCIA $ 170 Tarjeta PCI $ 300 Punto de acceso $ 800 Puente $ 1300 Antenas Dipolo estándar (2, 14 d. Bi) $ 20 Omnidireccional alta ganancia (5, 2 d. Bi) $ 160 Dipolo Diversidad (2, 14 d. Bi) $ 190 Parche (9 d. Bi) $ 240 Yagi (13, 5 d. Bi) $ 370 Parabólica (21 d. Bi) $ 1000 66

LANs Inalámbricas • Comparación tecnologías, historia y Modelo de Referencia • Nivel físico • Nivel MAC • Ejemplos de aplicación • Puentes inalámbricos • Bluetooth (IEEE 802. 15) 67

Bluetooth (IEEE 802. 15) • Objetivo: reemplazar cables de conexión entre periféricos • Esta tecnología se creó en el seno de un Grupo de Trabajo creado por Nokia y Ericsson. Mas tarde lo adoptó el IEEE como el comité 802. 15 • Bluetooth fue un rey danés que en el siglo X unificó Dinamarca y Noruega • Estándar aprobado por el IEEE en junio de 2002. 68

Nivel físico en Bluetooth • Tecnología muy similar a 802. 11 FHSS: – Misma banda (2, 4 GHz) – Misma tecnología de radio (Frequency Hoping) • Pero: – Potencias de emisión inferiores (diseñado para equipos portátiles, como PDAs, con baterías de baja capacidad) – Alcance mucho menor (10 m) – Velocidad más reducida (721 Kb/s) – Cambio de frecuencias mucho más frecuente que en 802. 11 (1600 en vez de 50 veces por segundo) • Existe probabilidad de interferencia entre: – Dos redes Bluetooth próximas – Una red Bluetooth y una 802. 11 a 2, 4 GHz (sobre todo FHSS) – Una red Bluetooth y un horno de microondas 69

Arquitectura y protocolo MAC de Bluetooth • Arquitectura: – No hay puntos de acceso, solo estaciones (PCs portátiles, PDAs, impresoras, etc. ) – Uno de los dispositivos de la red actúa como maestro y el resto (máximo 7) como esclavos. – El maestro fija el patrón de salto de frecuencias y da las señales de reloj para que el resto de dispositivos se sincronicen con él. • Protocolo MAC: – El maestro se encarga de dar ‘turno de palabra’ a los esclavos 70

Topología de una red Bluetooth Dos ‘picoredes’ se pueden unir para formar una ‘scatternet’ 71

Arquitectura de Bluetooth Aplicaciones / Perfiles Audio Otros RFcomm Telefonía Descubrimiento de Servicios Capa de aplicación Control Capa intermedia (‘middleware’) LLC Protocolo de adaptación de LLC Capa de enlace Link Manager Banda Base Nivel físico de radiofrecuencia 72 Capa física

Formato de una trama Bluetooth Bits 72 54 Código de acceso Bits 3 4 0 -2744 Cabecera 1 1 1 Datos 8 Direcc. Tipo F A S Checksum Esta cabecera (18 bits) se envía tres veces por seguridad Access Code: identifica al maestro (puede haber más de uno accesible para el esclavo) Addr: Dirección (máximo 8 estaciones) Type: Tipo de trama, corrección de errores y longitud F: Control de flujo A: Acknowledgment S: Num. Secuencia (protocolo de parada y espera) 73

Sumario • LANs inalámbricas: IEEE 802. 11 y 802. 15 • Redes de telefonía celular: GSM, GPRS, UMTS • IP móvil 74

Historia • Años 70: los laboratorios Bell prueban la telefonía celular analógica (telefonía de 1ª generación, 1 G). No estandarizada. • Años 80: se comercializa la 1 G, sobre todo en Norte de Europa. Aparecen incompatibilidades entre países. En España, aparece Movi. Line. • 1982: El CEPT (Conference of Europe Posts and Telecom) crea el Groupe Special Mobile (GSM) para estandarizar telefonía 2 G • 1989: La estandarización de GSM se traslada de CEPT a ETSI • 1991: Se comercializa GSM en Europa (inicialmente 900 MHz) • 1993: Existen 36 redes GSM en 22 países diferentes • 2000: Aparece GPRS (General Packet Radio Service, 2, 5 G). Solución provisional para datos mientras llega UMTS (3 G) 75

Objetivos de GSM • Uso mas eficiente del espectro que la telefonía analógica, utilizando técnicas de multiplexación en tiempo y frecuencia. • Incluir roaming internacional • Terminales y sistema de bajo coste • Buena calidad de voz (comparable a la telefonía fija) • Ampliación de servicios • Baja potencia de transmisión: reutilización de canales, al no saturar canales de células vecinas • Privacidad en las comunicaciones 76

Tipos de servicio • Teleservicios: voz, SMS (Short Message Service) de 160 bytes, fax, etc. . . • Servicios portadores (datos) • Servicios complementarios (llamadas en espera, multiconferencias, identificación de llamadas, etc. . . ) 77

Radiofrecuencia (1/2) • GSM utiliza dos bandas de frecuencia cada una de 25 Mhz de anchura: – 890 -915 Mhz, desde la estación móvil a la estación base (ascendente) – 935 -960 Mhz, desde la estación base a la estación móvil (descendente) • Cada banda se divide en 125 canales de 200 KHz de anchura cada uno. • El primer canal está reservado, por lo que hay disponibles 124. • También se han definido servicios en bandas de 1800 MHz (denominado DCS 1800) y de 1900 MHz (denominado PCS 1900, usado en América). 78

Asignación de frecuencias en telefonía celular digital en el mundo 79

Asignación de frecuencias en telefonía celular digital en Europa DECT GSM asc. desc. 890 935 915 960 DCS 1800 asc. 1710 DCS 1800 UMTS desc. (FDD-TDD-MSS) 1785 1880 1805 1900 MHz 80 2025 UMTS (FDD-MSS) 2110 2200

Radiofrecuencia (2/2) • Cada canal se divide por TDMA (Time Division Multiple Access, Acceso Multiple por Division de Tiempo) en ocho ranuras o ‘slots’ que dan servicio a otros tantos usuarios: 7 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 • La ranura asignada a una comunicación se cambia (en tiempo y frecuencia) a razón de 217 cambios/seg; esto se denomina frequency hopping y se hace para evitar interferencias. • Cada ranura transporta 22, 8 Kb/s de información digital ‘en bruto’; por ella se puede enviar voz (13, 2 Kb/s) o datos (9, 6 Kb/s). • La combinación de una ranura de subida y una de bajada permite una comunicación full dúplex. El número máximo de comunicaciones simultáneas es teóricamente de 124*8=992. Sin embargo muchos canales no se pueden usar para evitar conflicto con las celdas vecinas. 81

Uso de frecuencias en GSM Trama TDM 959, 8 MHz 124. . . 935, 4 MHz 2 935, 2 MHz 1 914, 8 MHz Desc. (Base a Móvil) 124. . . 890, 4 MHz 2 890, 2 MHz 1 Tiempo Canal Frecuencia 82 Asc. (Móvil a Base)

Codificación de voz en GSM • Una conversación telefónica normal ocupa en formato digital 64 Kb/s ( 8. 000 muestras de un byte por segundo) • En GSM la voz se comprime según un algoritmo llamado RPE-LPC (Regular Pulse Excited – Linear Predictive Coder) que da una calidad casi equivalente usando sólo 13, 2 Kb/s • Además en GSM solo se transmite cuando la persona habla (transmisión discontinua o supresión de silencios). Esto supone un ahorro del 60% en el canal y reduce el gasto de batería del emisor. • Para evitar que el receptor crea que la conexión se ha cortado la transmisión discontinua se acompaña de ruido de confort. 83

Terminales GSM • Los terminales puedes ser de tres tipos según su potencia: – Fijos (en vehículos): 20 W (vatios) – Portables (de maletín): 5 y 8 W – De mano: 2 y 0, 8 W • El alcance máximo (independientemente de la potencia) es de 35 Km. Esto se debe al retardo máximo en la propagación de la señal que requiere el uso de TDMA. • Los terminales siempre operan a la mínima potencia posible para que haya comunicación con la estación base. De esta forma se minimiza la interferencia en las celdas vecinas. • El BER se ha de mantener entre 10 -6 y 10 -8. Si el BER es mayor se aumenta la potencia (hasta llegar al máximo). Si el BER es menor se disminuye, hasta llegar al mínimo, que es de 20 m. W. 84

Celdas GSM • El área atendida por una estación base (BTS) se denomina celda. • Todos los usuarios de una misma celda comparten los canales disponibles. Cuanto mas usuarios hay dentro de una celda mas riesgo hay de que se produzca saturación. • En zonas con elevada densidad de usuarios (ej. ciudades) se tiende a crear celdas pequeñas. En zonas rurales, con densidad pequeña, se prefiere crear celdas grandes. • Las celdas vecinas se agrupan en clusters. Dentro de un cluster cada canales solo se utiliza una vez, para evitar interferencias. • Cada cluster está formado por 4, 7, 12 o 21 celdas, según la topología del terreno y las circunstancias concretas de la zona. 85

GPRS (General Packet Radio Service) • Es una nueva tecnología para la transmisión de datos en redes móviles GSM. Conexión de ‘alta’ velocidad. • Utiliza misma infraestructura radio que GSM. • Supone una nueva red de conmutación superpuesta a la red convencional GSM. • Uso de paquetes, no orientado a conexión --> uso más eficiente del espectro • Los usuarios están “permanentemente conectados” • Conocido como GSM-IP pues utiliza la red GSM para acceder a Internet. 95

Conmutación de paquetes vs circuitos Conmutación de circuitos: Conmutación de paquetes: • Necesidad de establecimiento de conexión • Canal dedicado (1: 1) • Facturación basada en tiempo de conexión • Posibilidad de aplicaciones en tiempo real • Una sobrecarga en el sistema resulta en una señal de ocupado • Sin establecimiento de conexión • Canal compartido (1: N / N: M) • Facturación basada en información transmitida • Sólo permite aplicaciones en near real time • Una sobrecarga en el sistema resulta en una disminución de la velocidad 96

Características de GPRS • La facturación se realiza por cantidad de datos transmitidos, no por tiempo. • El usuario puede estar siempre conectado (always on), ya que sólo se factura por tráfico • Los canales son compartidos por varios usuarios • Se puede recibir simultáneamente voz y datos (terminales clase A) • Alcanza velocidades de hasta 171, 2 Kb/s • Incorpora un backbone para transmisión de datos en modo paquete, paralelo al de modo circuito • Las aplicaciones GPRS pueden ser punto a punto y punto a multipunto (p. ej. información de tiempo, tráfico, noticias, . . . ) 97

Arquitectura GPRS (2/4) GSM GPRS Red GSM INTERNET HLR GGSN MSC BSC PCU SGSN DATOS VOZ 99

Arquitectura GPRS (4/4) La red GPRS es una nueva red de Conmutación de Paquetes que se superpone y convive con la actual estructura de Conmutación de Circuitos propia de GSM BSS HLR MSC/V LR BTS BSC RTB/RDSI GSM ción de C irc Conmuta uítos GMSC Otras redes Internet GPRS ción de P aq Conmuta SGSN uetes GGSN 101 Intranet

Tráfico de datos en GPRS • GPRS utiliza las mismas ranuras TDM que GSM, con cuatro posibles esquemas de codificación: CS-1 CS-2 CS-3 CS-4 9, 05 Kb/s 13, 4 Kb/s 15, 6 Kb/s 21, 4 Kb/s • Se pueden usar varias ranuras de un mismo canal en una misma comunicación. La velocidad máxima teórica es de 21, 4 * 8 = 171, 2 Kb/s • El número de ranuras y la codificación empleadas son negociados entre la red y el usuario • Se distingue entre la información real y la útil transmitida 102

Asignación de slots en GPRS • Los slots se asignan dinámicamente según necesidades. • Se asignan por separado para cada sentido, pudiendo establecer conexiones asimétricas. • Ejemplos de asignación de slots en tramas TDMA: 1: 1 2: 2 1: 4 { { { Enlace Ascendente 7 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 Enlace Descendente 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 103

Velocidad en GPRS 0 1 2 3 4 5 6 7 Cada canal de radio: 8 ranuras GSM: 1 conexión 1 ranura 1 conexión para datos 9. 6 Kb/s GPRS emplea hasta 8 ranuras (un canal completo): Esquema de codif. Tasa por conexión (Kb/s) Veloc. Max. Teórica (Kb/s) CS-1 9, 05 72, 4 CS-2 13, 4 107, 2 CS-3 15, 6 124, 8 CS-4 21, 4 171, 2 2 tipos de conexiones en GPRS: • Estáticas: se usan única y exclusivamente para datos. • Dinámicas: se usan para voz o datos. La voz tiene prioridad. 104

Clases de terminales móviles GPRS (1/2) CLASE C El terminal sólo puede usarse para datos o para voz (pero no ambos) en función de la configuración elegida. Se esperan en forma de tarjeta para introducir en PC portátil Útiles en servicios de telemetría, telecontrol, etc. . . CLASE B Se pueden realizar y recibir llamadas en voz o en datos de manera secuencial. Son los terminales disponibles actualmente (año 2002) Datos Siguen datos Llamada voz establecida Retenida Fin llamada 106

Clases de terminales móviles GPRS (2/2) CLASE A Soportan tráfico simultáneo. El usuario puede hacer y recibir llamadas en los 2 tipos de servicio sin interrupción de ninguno de ellos Datos Llamada voz establecida Siguen datos Estos terminales aún no están disponibles Existen dudas sobre la viabilidad de su comercialización 107

Sumario • LANs inalámbricas: IEEE 802. 11 y 802. 15 • Redes de telefonía celular: GSM, GPRS, UMTS • IP móvil 110

Movilidad y Portabilidad • Movilidad: El host se traslada de una red origen a una red destino. Se requiere que la conexión se mantenga en todo momento mientras el host se mueve. • Portabilidad: Se requiere conexión en la red origen y en la red destino, pero la conexión puede perderse durante el cambio de una red a otra. • En ambos casos se requiere una cierta transparencia del usuario respecto al cambio de ubicación 111

¿Qué es IP móvil? • Mecanismo a nivel de red diseñado para permitir la movilidad de un host en Internet de forma que se mantenga en todo momento su dirección IP original, así como las conexiones o sesiones que tuviera establecidas • El cambio de router se produce dinámicamente y de forma transparente a los niveles superiores. Las sesiones se mantienen incluso durante el cambio de router, siempre y cuando la comunicación se mantenga en todo momento, aunque la velocidad de movimiento puede influir en este factor • IP móvil está diseñado para resolver el problema de la ‘macro’ movilidad, o sea entre redes diferentes. La ‘micro’ movilidad (entre células en una red inalámbrica) se resuelve mejor con mecanismos a nivel de enlace. 112

Movilidad en IP: el problema Red 147. 156. 0. 0/16 A 147. 156. 0. 0/16 por A A 152. 48. 0. 0/16 por D Y 147. 156. 135. 22 X A B C Internet Ping 147. 156. 135. 22 D Red 152. 48. 0. 0/16 Red 147. 156. 0. 0/16 ? A 147. 156. 0. 0/16 por A A 152. 48. 0. 0/16 por D X A B C Internet 147. 156. 135. 22 Y D Ping 147. 156. 135. 22 ¡Host Y queda inaccesible al cambiar de LAN! Red 152. 48. 0. 0/16 113

Solución DHCP + DNS dinámico Red 147. 156. 0. 0/16 ? A 147. 156. 0. 0/16 por A A 152. 48. 0. 0/16 por D X A B C Internet 147. 156. 135. 22 152. 48. 15. 37 Y D Ping 147. 156. 135. 22 Host queda inaccesible al cambiar de LAN Red 152. 48. 0. 0/16 • El host recibe una nueva dirección en la red visitada • No requiere cambios de software en el host ni en los routers • No se consigue transparencia, y las sesiones se interrumpen • A pesar de eso es una solución aceptable (y recomendable) en la mayoría de los casos (si solo se requiere portabilidad) 114

Solución LAM (Local Area Mobility) Propietaria Cisco A 147. 156. 135. 22/32 por B A 147. 156. 0. 0/16 por A A 152. 48. 0. 0/16 por D A 147. 156. 135. 22/32 por D A 147. 156. 0. 0/16 por A A 152. 48. 0. 0/16 por D Red 147. 156. 0. 0/16 X A B C Internet 147. 156. 135. 22 Y D Ping 147. 156. 135. 22 A 147. 156. 135. 22/32 por E 0 Red 152. 48. 0. 0/16 • Ofrece transparencia y portabilidad, pero no movilidad. No mantiene sesiones • No requiere cambios de software en los hosts, solo en los routers • Requiere propagar rutas host por toda la red • Convergencia lenta • Difícil realizar agregación de rutas • Problemas de escalabilidad 115

Solución IP móvil Túnel IP de A hacia D A 147. 156. 0. 0/16 por A Red 147. 156. 0. 0/16 A 152. 48. 0. 0/16 por D A 147. 156. 0. 0/16 por A A 152. 48. 0. 0/16 por D X A B C Internet 147. 156. 135. 22 Y Ping 147. 156. 135. 22 D Paquetes encapsulados Red 152. 48. 0. 0/16 • Se construye un túnel entre el router habitual (A) y el router ‘visitado’ (D). • Ofrece completa transparencia y movilidad • Requiere cambios de software en el host y en los routers • La ruta resultante no es en general óptima 116

Terminología de IP móvil Home network (HN): 147. 156. 0. 0/16 Home Agent (HA) X Mobile Node (MN) A B C Internet Foreign network (FN): 152. 48. 0. 0/16 Y D Correspondent Node (CN) Foreign Agent (FA) Home Address (HAd): 147. 156. 135. 22 Care of Address (Co. A) La ‘Care of Address’ es la dirección IP donde se termina el túnel (en este caso la de la interfaz ethernet del router D) 117

Ventajas de IP móvil • Sólo el HA (Home Agent) y el FA (Foreign Agent) necesitan saber la ubicación del host móvil. Los demás routers realizan encaminamiento de paquetes de la manera normal. • Solo los routers y los hosts móviles necesitan nuevo software. Transparente al resto de la red • Escalable. Solo el HA y el FA almacenan información de estado • El host móvil siempre está accesible en la misma dirección IP. • Se produce ineficiencia por: – Encapsulado (cabecera IP adicional) – Ruta no óptima (problema de triangulación) como consecuencia del túnel (sólo en el sentido CN MN) 118

Funcionamiento de IP móvil • Para el funcionamiento de IP móvil es fundamental que el MN localice a su FA. Esto se hace por medio de extensiones al mecanismo de Router Discovery (RFC 1256) que usa mensajes ICMP (Agent Solicitation y Agent Advertisement) • El MN emite a intervalos regulares mensajes de búsqueda de agentes (Agent Solicitation). Si recibe respuesta del HA deduce que está ‘en su casa’ (su HN) y no usa los servicios de IP móvil • Si el MN recibe respuesta de un FA inspecciona el prefijo de red; si se trata de una red extraña pide la Co. A y envía un mensaje de registro a su HA para que construya el túnel • Por otro lado los agentes (HA y FA) se anuncian periódicamente en el ámbito de su LAN (TTL = 1) e indican cuales son sus posibilidades (actuar como HA, como FA o como ambos) • Si el MN recibe un Agent Advertisement de un FA nuevo deduce que ha cambiado de zona (quizá se está moviendo); entonces pide una nueva Co. A y se reregistra en su HA. 119

Proceso de IP móvil (simplificado) lista de desplazados (mobility binding) HN: 147. 156. 0. 0/16 MN Co. A 147. 156. 135. 22 147. 156. 0. 1 152. 48. 0. 1 HA CN A 3 Co. A: 152. 48. 0. 1 147. 156. 135. 22 MN HA: 147. 156. 0. 1 3 1 B Internet 5 4 1: El MN busca y descubre al FA (Agent Solicitation) D 2 C 2: El FA le indica al MN la Co. A FA 3: El MN se registra en el HA a través del FA FN: 152. 48. 0. 0/16 Lista de vistantes MN HA 147. 156. 135. 22 147. 156. 0. 1 4: El HA construye el túnel y encapsula paquetes del CN hacia el MN 5: En sentido contrario el FA enruta paquetes (sin pasar por el túnel) del MN hacia el CN Si el MN se mueve y se conecta a través de otro FA el proceso se repite. La nueva entrada del MN en la tabla del HA (con otra Co. A) borra la anterior. Esto permite el cambio de FA (‘roaming’) sin perder la comunicación. 120

Funcionamiento de IP móvil: resumen Proceso Mecanismo Descubrimiento de agentes (FA y/o HA) Paquetes ICMP. Mensajes Agent Solicitation y Agent Advertisement Registro del MN en el HA vía el FA Datagramas UDP. Mensajes Registration Request y Registration Reply Creación del túnel HA FA Opciones: • IP-en-IP • Encapsulado mínimo • GRE (Generic routing encapsulation) 121

Seguridad en IP móvil • La autentificación de los mensajes de registro entre el MN y el HA es fundamental. De lo contrario un impostor podría suplantar al MN • Los mensajes de registro tienen una extensión de autentificación basada en una clave hash MD 5 y un timestamp, para evitar los ‘replay attacks’. • La autentificación es obligatoria para el registro del MN en el HA y opcional en los demás casos 122

Comunicación de hosts de la HN con el MN HN: 147. 156. 0. 0/16 ARP Request: ¿quién es 147. 156. 135. 22? HA X A 147. 156. 135. 22 1: Un datagrama de MN a X (que está en la HN) llega sin problemas usando las rutas estándar (D-B-A). MN 2: Pero un datagrama de X a MN no llega: X lanza una ARP Request (buscando la MAC de MN) que no es respondida. X no sabe que MN está fuera de su red. B D FA FN: 152. 48. 0. 0/16 4: Para asegurar la rápida actualización de las ARP caches, cuando el MN se va de la HN el HA manda un mensaje ARP anunciando su dirección MAC para la IP del MN, sin esperar ningún ARP Request. Esto se conoce como ‘Gratuitous ARP’. 123 3: Para evitarlo se utiliza el ‘Proxy ARP’: el HA ‘suplanta’ al MN y responde en su lugar a la ARP Request, anunciando su propia MAC para la IP del MN.

Características de IP móvil • El MN y el FA deben tener comunicación a nivel de enlace, sin routers intermedios. • El túnel es unidireccional, los datagramas de vuelta (desde el MN al CN) siguen la ruta normal estándar, sin túneles (salvo que el CN sea también un MN). • Pero si los routers tienen filtros rechazarán datagramas que vengan de la FN (Foreign Network) con dirección de origen HA (Home Address); en ese caso hay que hacer el túnel bidireccional (camino de vuelta a través del HA). 124

Problema de IP móvil en routers con filtros Red 147. 156. 0. 0/16 CN A B C Internet 147. 156. 135. 22 MN D Red 152. 48. 0. 0/16 1: El MN envía un datagrama hacia el CN siguiendo la ruta normal (D-B-C). No aceptar paquetes con IP origen 152. 48. 0. 0/16 permit ip 152. 48. 0. 0. 255 any deny ip any 2: El router B revisa la dirección de origen del datagrama y lo rechaza pues no cumple la condición impuesta para esa interfaz 125

Túnel bidireccional: Solución al problema de routers con filtros 4: A desencapsula el datagrama y lo envía a CN por la ruta normal Red 147. 156. 0. 0/16 CN A Túnel bidireccional 147. 156. 135. 22 MN 1 D Red 152. 48. 0. 0/16 3 4 B C Internet 2 No aceptar paquetes con IP origen 152. 48. 0. 0/16 permit ip 152. 48. 0. 0. 255 any deny ip any 3: B revisa el datagrama y lo acepta pues la dirección de origen es D. Lo envía por tanto hacia A 1: MN envía a D un datagrama para CN 2: D encapsula el datagrama y lo envía hacia A a través del túnel 126

IP móvil sin ‘Foreign Agent’ Túnel IP de HA hacia MN Red 147. 156. 0. 0/16 A 147. 156. 0. 0/16 por A A 152. 48. 0. 0/16 por D HA A A 147. 156. 0. 0/16 por A A 152. 48. 0. 0/16 por D CN B C 147. 156. 135. 22 Internet MN Ping 147. 156. 135. 22 D Paquetes encapsulados Red 152. 48. 0. 0/16 152. 48. 11. 12 (Co. A) • Al MN se le asigna una IP de la red visitada (por DHCP u otro mecanismo) • Esta IP actúa como Care of Address (‘co-located Care of Address’) • El túnel va directamente desde el Home Agent hacia el Mobile Node • Evita establecer un FA en cada red, pero requiere disponer en la red visitada de un rango de direcciones reservado para Co. A y el software del host es más complejo 127

Encapsulado de IP Móvil Cabecera IP túnel original Ida: Túnel HA FA: HA FA(Co. A) CN MN TCP/UDP Datos Túnel HA MN: HA MN(Co. A) CN MN TCP/UDP Datos Túnel FA HA: FA(Co. A) HA MN CN TCP/UDP Datos Túnel MN HA: MN(Co. A) HA MN CN TCP/UDP Datos Vuelta: IP origen Datagrama original IP destino 128

Documentos sobre IP Móvil (IETF) • RFCs (IPv 4): – IP Móvil: • RFC 2002 (10/96) • RFC 3220 (1/02) • RFC 3344 (8/02) – Encapsulado: RFC 2003, RFC 2004, RFC 1701 – Aplicabilidad de IP Móvil: RFC 2005 – MIBs de IP Móvil: RFC 2006 • Grupo de trabajo de IP Móvil (desarrollos en curso): – http: //www. ietf. org/html. charters/mobileip-charter. html 129

Desarrollos en curso • Optimización de ruta: <draft-ietf-mobileip-optim 11. txt> – Intenta evitar el problema de la ineficiencia debida a la triangulación – El HA informa al CN de la Co. A asociada con el MN para que éste cree su propio túnel directo, sin hacer uso del HA – El HA informa al CN de la nueva Co. A del MN cada vez que ésta cambia • Otros desarrollos: – Seguridad y autentificación – Calidad de Servicio 130

IP móvil e IPv 6 • Aún no está estandarizado para IPv 6. El borrador está en <draft-ietf-mobileip-ipv 6 -15. txt> • Principales diferencias: – En vez de túneles se utiliza la cabecera de routing (de IPv 6). El CN envía directamente los datagramas al MN. Esto conlleva automáticamente la optimización de ruta – La cabecera de routing resuelve también el problema de los routers con filtros sin recurrir al uso de túneles inversos – No existen ‘Foreign Agents’ (pero si ‘Home Agents’) – No se requiere el uso de Proxy ARP y Gratuitous ARP. En su lugar se emplea el protocolo ‘Neighbour Discovery’ de IPv 6 (RFC 2461) • Los protocolos son más sencillos, robustos y eficientes 131